RU2818866C1 - Geoportal platform for managing spatially distributed resources - Google Patents
Geoportal platform for managing spatially distributed resources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818866C1 RU2818866C1 RU2023124548A RU2023124548A RU2818866C1 RU 2818866 C1 RU2818866 C1 RU 2818866C1 RU 2023124548 A RU2023124548 A RU 2023124548A RU 2023124548 A RU2023124548 A RU 2023124548A RU 2818866 C1 RU2818866 C1 RU 2818866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- data
- geoportal
- subsystem
- managing
- spatial
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области геоинформационных систем, функционирующих для решения задачи управления пространственно-распределенными природно-социально-производственными системами различного масштаба на основе технологий мониторинга пространственной информации, визуализации геоданных и дистанционного управления устройствами.The invention relates to the field of geographic information systems that function to solve the problem of managing spatially distributed natural-social-production systems of various scales based on technologies for monitoring spatial information, visualizing geodata and remote control of devices.
В настоящее время множество исследований направлены на создание геоинформационных систем (в том числе геопортальных систем), обеспечивающих информационно-аналитическую поддержку принятия управленческих решений в области анализа состояния природно-социально-производственных систем и управления пространственно-распределенными объектами. Известен ряд изобретений, каждое из которых обладает своими преимуществами и недостатками.Currently, a lot of research is aimed at creating geographic information systems (including geoportal systems) that provide information and analytical support for making management decisions in the field of analyzing the state of natural-social-production systems and managing spatially distributed objects. There are a number of inventions, each of which has its own advantages and disadvantages.
Известен интерактивный геоинформационный комплекс, характеризующийся тем, что содержит блок хранения данных; блок отображения общей информации, соединенный с блоком формирования изображения карт каналом отображения карт и с блоком формирования изображения зоны интереса каналом отображения зоны интереса; блок отображения детализированной информации; блок подготовки общей и детализированной информации, соединенный каналом интерактивного управления с блоком хранения данных, каналом подготовки детализированной информации - с блоком отображения детализированной информации и каналом подготовки общей информации - с блоком формирования изображения карт; интерфейсную систему пользователя, соединенную каналом получения данных с блоком хранения данных и каналом управления составом детализированной информации - с блоком отображения детализированной информации, при этом интерфейсная система пользователя также соединена каналом управления с блоком формирования изображения карт и каналом управления - с блоком формирования изображения зоны интереса (RU 2571784, МПК G06F 17/00, опубл. 20.12.2015).An interactive geoinformation complex is known, characterized in that it contains a data storage unit; a general information display unit connected to a map imaging unit via a map display channel and to an area of interest imaging unit via an area of interest display channel; block for displaying detailed information; a block for preparing general and detailed information, connected by an interactive control channel to a data storage block, a channel for preparing detailed information - to a block for displaying detailed information, and a channel for preparing general information - to a block for generating map images; a user interface system connected by a data acquisition channel to a data storage unit and a control channel for the composition of detailed information - to a detailed information display unit, while the user interface system is also connected by a control channel to a map image formation block and a control channel - to an area of interest image formation block ( RU 2571784, IPC G06F 17/00, published 12/20/2015).
К недостаткам данного интерактивного геоинформационного комплекса следует отнести ограниченные функциональные возможности, в том числе отсутствие решения задачи оптимизации процесса визуализации больших массивов пространственных данных, определения способа организации системы сбора данных из внешних источников, отсутствие инструмента автоматизации процесса управления территориально-распределенными объектами.The disadvantages of this interactive geoinformation complex include limited functionality, including the lack of a solution to the problem of optimizing the process of visualizing large arrays of spatial data, determining how to organize a system for collecting data from external sources, and the lack of a tool for automating the process of managing geographically distributed objects.
Известен способ комплексного мониторинга природной среды. В заявке определена новизна технологического решения, основанная на автоматизации комплексного мониторинга природной среды посредством объединения информационных потоков в едином Центре комплексного мониторинга природной среды. Предложенный способ отличается оптимизацией однотипных циклов обработки информации, реализуемых не реже одного раза в пять лет (RU 2680652, МПК G09B 29/00, опубл. 25.02.2019).There is a known method for comprehensive monitoring of the natural environment. The application defines the novelty of the technological solution, based on the automation of complex monitoring of the natural environment by combining information flows in a single Center for Integrated Monitoring of the Natural Environment. The proposed method is distinguished by the optimization of similar information processing cycles, implemented at least once every five years (RU 2680652, IPC G09B 29/00, published 02.25.2019).
К недостаткам способа комплексного мониторинга природной среды следует отнести отсутствие определения механизмов оптимизации отображения больших массивов пространственных данных и автоматизации процессов управления территориально-распределенными объектами (стационарными и мобильными контрольными постами).The disadvantages of the method of integrated monitoring of the natural environment include the lack of definition of mechanisms for optimizing the display of large arrays of spatial data and automating the processes of managing geographically distributed objects (stationary and mobile control posts).
Известна система принятия решений при угрозе и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС), включающая в себя средства автоматизации прогнозирования последствий чрезвычайных ситуаций, оценки природно-техногенных рисков, поддержки принятия управленческих решений при угрозе возникновения или ликвидации последствий ЧС. Система включает интеграционную геоинформационную подсистему для преобразования векторных форматов геопространственных данных в растровые форматы и обеспечения оперативного отображения информации на основе электронных карт территорий, подсистему сбора и обработки обращений о кризисных и чрезвычайных ситуациях, подсистему комплексного информирования и оповещения о чрезвычайных ситуациях (RU 2796623, МПК G08B 27/00, СПК G08B 27/00, G06F 17/00, G06Q 10/06, опубл. 29.05.2023).There is a known decision-making system in the event of the threat and liquidation of the consequences of emergency situations, which includes tools for automating the forecasting of the consequences of emergency situations, assessing natural and man-made risks, and supporting management decision-making in the event of the threat of occurrence or liquidation of the consequences of an emergency. The system includes an integration geoinformation subsystem for converting vector formats of geospatial data into raster formats and ensuring prompt display of information based on electronic maps of territories, a subsystem for collecting and processing requests for crisis and emergency situations, a subsystem for integrated information and warning about emergency situations (RU 2796623, IPC G08B 27/00, SPK G08B 27/00, G06F 17/00, G06Q 10/06, publ.
К недостаткам системы следует отнести то, что она решает конкретную задачу принятия решений при угрозе и ликвидации последствий ЧС и недостаточно масштабируема под решение иных задач управления территориально-распределенными системами. В заявке не представлено решение проблемы визуализации больших массивов пространственных данных.The disadvantages of the system include the fact that it solves a specific problem of decision-making in the event of a threat and liquidation of the consequences of an emergency and is not scalable enough to solve other problems of managing geographically distributed systems. The application does not provide a solution to the problem of visualizing large arrays of spatial data.
Известна муниципальная геоинформационная система, содержащая связанные с процессорным блоком устройство, предназначенное для хранения данных об объектах недвижимости и их технологических параметрах, устройство ввода данных и устройство управления, а также устройство контроля и измерения технологических параметров объектов недвижимости, включающее блок обработки значений технологических параметров объектов недвижимости, блок планирования, обеспечивающий расчет предполагаемой выручки по объектам недвижимости, блок учета, обеспечивающий учет фактической выручки по объектам недвижимости, блок анализа эффективности управления объектами недвижимости, обеспечивающий регулярный и оперативный сбор данных, характеризующих эффективность использования объектов недвижимости, расчет и формирование отчетности, отличающаяся тем, что она снабжена устройством съемки поверхности земли с расположенными на ней объектами недвижимости и устройством координатной привязки значимых точек объектов недвижимости на фотографируемой поверхности земли, связанными с блоком передачи результатов съемки и координат привязки процессорному блоку, выполненному с возможностью реализации функции перевода полученных данных в графическую форму, соответствующую плану местности для последующего сравнения технологических параметров объектов недвижимости, полученных при съемке, с имеющимися в устройстве, предназначенном для хранения данных об объектах недвижимости и их технологических параметров, уточнения ключевых параметров объектов недвижимости, выявления неучтенных объектов и добавления их в базу данных (RU 2571919, МПК G06Q 50/00, опубл. 27.12.2015).A municipal geographic information system is known, containing a device connected to a processor unit, intended for storing data about real estate objects and their technological parameters, a data input device and a control device, as well as a device for monitoring and measuring the technological parameters of real estate objects, including a unit for processing the values of technological parameters of real estate objects , a planning block that provides calculation of estimated revenue for real estate, an accounting block that records actual revenue for real estate, a block for analyzing the effectiveness of real estate management, which ensures regular and prompt collection of data characterizing the efficiency of use of real estate, calculation and reporting, characterized by that it is equipped with a device for capturing the surface of the earth with real estate objects located on it and a device for coordinate reference of significant points of real estate objects on the photographed surface of the earth, connected to a unit for transmitting survey results and reference coordinates to a processor unit, configured to implement the function of converting the received data into graphic form , corresponding to the area plan for subsequent comparison of the technological parameters of real estate objects obtained during the survey with those available in a device designed for storing data about real estate objects and their technological parameters, clarifying the key parameters of real estate objects, identifying unaccounted for objects and adding them to the database (RU 2571919, IPC G06Q 50/00, publ. 12/27/2015).
К недостаткам системы следует отнести отсутствие возможности интеграции в систему устройств мониторинга различного типа, реализации алгоритма отображения больших массивов пространственных данных. Не определена возможность масштабирования изобретения под решение иных задач, связанных с анализом и управлением геоданными.The disadvantages of the system include the inability to integrate various types of monitoring devices into the system and implement an algorithm for displaying large arrays of spatial data. The possibility of scaling the invention to solve other problems related to the analysis and management of geodata has not been determined.
Известна система мониторинга и управления сельскохозяйственным производством на основе Интернета вещей. Изобретение основано на использовании компонентов сбора информации и комплексной системы управления информационным контролем, включающей центр мониторинга и облачный сервер. Система решает задачи принятия решений в области сельскохозяйственного производства (CN 203241793, МПК G05B 19/418, опубл. 16.10.2013).A system for monitoring and managing agricultural production based on the Internet of Things is known. The invention is based on the use of information collection components and an integrated information control management system, including a monitoring center and a cloud server. The system solves decision-making problems in the field of agricultural production (CN 203241793, IPC G05B 19/418, published 10/16/2013).
К недостаткам системы следует отнести отсутствие возможности интерактивного редактирования пространственных объектов различного типа с возможностью последующего динамического отображения больших массивов пространственных данных на цифровой карте, отсутствие возможности гибкой настройки средств автоматизации процессов управления сельскохозяйственными системами. Кроме этого, слабо охарактеризована возможность масштабирования системы под решение иных задач народного хозяйства.The disadvantages of the system include the lack of the ability to interactively edit spatial objects of various types with the possibility of subsequent dynamic display of large arrays of spatial data on a digital map, and the lack of flexible configuration of automation tools for managing agricultural systems. In addition, the possibility of scaling the system to solve other problems of the national economy is poorly characterized.
Известна многоуровневая навигационно-информационная система мониторинга транспортных средств. Изобретение решает задачу получения информации о местоположении транспортных средств и консолидации информации в хранилище данных посредством сети Интернет на сервере хранения и обработки данных с возможностью получения доступа к данным с рабочих станций (RU 2612943, МПК G08B 25/10, опубл. 14.03.2017).A multi-level navigation and information system for monitoring vehicles is known. The invention solves the problem of obtaining information about the location of vehicles and consolidating information in a data warehouse via the Internet on a data storage and processing server with the ability to access data from workstations (RU 2612943, IPC G08B 25/10, published 03/14/2017).
К недостаткам системы следует отнести отсутствие возможностей конфигурируемой автоматизации процессов управления территориально-распределенными объектами, редактирования базы пространственных объектов разных категорий, реализации функционала визуализации больших массивов пространственных данных. Изобретение нацелено на решение транспортных задач и не охватывает другие отрасли народного хозяйства.The disadvantages of the system include the lack of capabilities for configurable automation of processes for managing geographically distributed objects, editing a database of spatial objects of different categories, and implementing functionality for visualizing large arrays of spatial data. The invention is aimed at solving transport problems and does not cover other sectors of the national economy.
Наиболее близким по технической сущности является интерактивный пространственно-экономический геоинформационный комплекс, включающий программно-аппаратные средства подготовки формирования, отображения информации и хранения данных с интерфейсной системой пользователя и позволяющий повысить безопасность и надежность передачи и представления данных, упростить работу пользователя. Изобретение позволяет в автоматическом режиме формировать и представлять пользователю набор требуемых исходных данных, использовать результаты ГИС-обработки модифицированных картографических отображений (RU 2791842, МПК G06F 17/40, H04L 9/00, опубл. 13.03.2023).The closest in technical essence is an interactive spatial-economic geoinformation complex, which includes software and hardware for preparing the formation, display of information and storage of data with a user interface system and makes it possible to increase the security and reliability of data transmission and presentation and simplify the user’s work. The invention makes it possible to automatically generate and present to the user a set of required source data, and to use the results of GIS processing of modified cartographic displays (RU 2791842, IPC G06F 17/40, H04L 9/00, publ. 03/13/2023).
К недостаткам интерактивного пространственно-экономического геоинформационного комплекса, принятого за прототип, следует отнести отсутствие конкретного решения задачи сбора данных из внешних источников, отсутствие инструментов автоматизации процесса управления территориально-распределенными объектами. В заявке не представлено решение задачи интерактивной визуализации больших массивов пространственных данных различной тематики.The disadvantages of the interactive spatial-economic geoinformation complex, adopted as a prototype, include the lack of a specific solution to the problem of collecting data from external sources, the lack of tools for automating the process of managing geographically distributed objects. The application does not present a solution to the problem of interactive visualization of large arrays of spatial data on various topics.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение скорости управления большими массивами пространственных данных о статических и динамических территориально-распределенных объектах на основе технологий визуализации больших массивов пространственных данных, обеспечение возможности гибкого масштабирования управляемых территориальных систем, тонкой настройки функций автоматизации, получение возможности развертывания нескольких геопортальных систем в рамках одной платформы.The technical result of the claimed invention is to increase the speed of managing large arrays of spatial data about static and dynamic geographically distributed objects based on technologies for visualizing large arrays of spatial data, providing the possibility of flexible scaling of managed territorial systems, fine-tuning automation functions, obtaining the ability to deploy several geoportal systems within one platform.
Технический результат достигается за счет внедрения новых алгоритмов хранения, обработки и визуализации на основе графических веб-интерфейсов больших массивов пространственных данных.The technical result is achieved through the introduction of new algorithms for storage, processing and visualization based on graphical web interfaces of large arrays of spatial data.
Краткое описание чертежей изобретения. На фиг. 1 представлена архитектурная организация геопортальной платформы управления пространственно распределенными ресурсами. Цифрами обозначены следующие элементы платформы: 1 - геопортальная платформа, 2 - сеть управления пространственно-распределенными ресурсами, 3 - геопортальная система, 4 - подчиненное устройство, 5 - головное устройство, 6 - отдельное устройство, 7 - природно-социально-производственная система (ПСПС).Brief description of the drawings of the invention. In fig. Figure 1 shows the architectural organization of a geoportal platform for managing spatially distributed resources. The numbers indicate the following elements of the platform: 1 - geoportal platform, 2 - network for managing spatially distributed resources, 3 - geoportal system, 4 - slave device, 5 - head device, 6 - separate device, 7 - natural-social-production system (NSPS) ).
На фиг. 2 представлена архитектурная организация геопортальной системы. Цифрами обозначены следующие элементы платформы: 8 - подсистема визуализации пространственных данных, 9 - подсистема администрирования геопортальной системы, 10 - подсистема интерактивной генерации отчетной документации, 11 - подсистема интеграции с внешними системами, 12 - подсистема интерактивной аналитической обработки, 13 - подсистема автоматизации процессов, 14 - подсистема рассылки оповещений, 15 - пространственная база данных, 16 - OLAP хранилище. Блок 17 соответствует лицу, принимающему решение.In fig. Figure 2 shows the architectural organization of the geoportal system. The numbers indicate the following elements of the platform: 8 - spatial data visualization subsystem, 9 - geoportal system administration subsystem, 10 - subsystem for interactive generation of reporting documentation, 11 - integration subsystem with external systems, 12 - interactive analytical processing subsystem, 13 - process automation subsystem, 14 - notification distribution subsystem, 15 - spatial database, 16 - OLAP storage. Block 17 corresponds to the decision maker.
На фиг. 3 представлена схема организации подчиненного устройства геопортальной платформы, на фиг. 4 - головного устройства геопортальной платформы, на фиг. 5 - отдельного устройства геопортальной платформы. Цифрами обозначены следующие элементы: 18 - контроллер, 19 - программное обеспечение устройства, 20 - датчик, 21 - исполнительное устройство, 22 - устройство приема и передачи данных, 23 - GPS/GLONASS модуль, 24 - модуль передачи данных по ТСРЛР.In fig. 3 shows a diagram of the organization of a slave device of the geoportal platform; FIG. 4 - head unit of the geoportal platform, Fig. 5 - a separate device of the geoportal platform. The numbers indicate the following elements: 18 - controller, 19 - device software, 20 - sensor, 21 - actuator, 22 - data reception and transmission device, 23 - GPS/GLONASS module, 24 - TSRLR data transmission module.
Сущность изобретения заключается в том, что геопортальная платформа для управления пространственно-распределенными ресурсами включает программно-аппаратные подсистемы, реализующие задачу хранения, обработки, анализа, визуализации пространственной информации о территориально-распределенных системах на основе графических интерфейсов пользователя и систем хранения данных, размещенных на серверах и взаимодействующих между собой и компьютерами пользователей посредством каналов связи вычислительной сети. Упомянутые выше подсистемы включают в себя сеть управления пространственно-распределенными ресурсами, функционирующую на основе набора устройств интернета вещей, и геопортальную систему, включающую подсистемы визуализации пространственных данных, содержащую программный модуль цифровой карты, выполняющий алгоритм динамичного отображения больших массивов пространственных данных на основе асинхронной подгрузки площадных пространственных данных различных тематических слоев в рамках активного окна на основе критерия значимости, подсистему администрирования геопортальной системы, содержащую интерфейсы манипулирования пространственными данными в рамках нормализованного реляционного интерактивного хранилища, структура которого не привязана к существующим форматам хранения пространственных данных в геоинформационных системах, подсистему интерактивной генерации отчетной документации, содержащую алгоритм преобразования данных в открытый формат электронных документов, подсистему интеграции с внешними системами, содержащую модуль подключения устройств разного типа в единую систему сети управления пространственно-распределенными ресурсами, подсистему интерактивной аналитической обработки, содержащую программный модуль визуализации консолидируемой информации на цифровой карте и в табличном виде, подсистему автоматизации процессов, содержащую инструмент программирования триггеров автоматизации в рамках графических интерфейсов пользователя, срабатывающих при наступлении пространственных, статистических и параметрически определяемых условий, и приводящих к целевым действиям, в том числе отправке управляющих команд и оповещений, подсистему рассылки оповещений. Также геопортальная система дополнительно содержит мультимодельное хранилище данных.The essence of the invention is that the geoportal platform for managing spatially distributed resources includes software and hardware subsystems that implement the task of storing, processing, analyzing, and visualizing spatial information about geographically distributed systems based on graphical user interfaces and data storage systems hosted on servers and interacting with each other and users’ computers through communication channels of a computer network. The subsystems mentioned above include a network for managing spatially distributed resources, operating on the basis of a set of Internet of Things devices, and a geoportal system, including subsystems for visualizing spatial data, containing a digital map software module that performs an algorithm for dynamically displaying large arrays of spatial data based on asynchronous loading of area data. spatial data of various thematic layers within the active window based on the significance criterion, a geoportal system administration subsystem containing interfaces for manipulating spatial data within the framework of a normalized relational interactive storage, the structure of which is not tied to existing formats for storing spatial data in geographic information systems, a subsystem for interactive generation of reporting documentation , containing an algorithm for converting data into an open format of electronic documents, a subsystem for integration with external systems, containing a module for connecting devices of various types into a single network system for managing spatially distributed resources, a subsystem for interactive analytical processing, containing a software module for visualizing consolidated information on a digital map and in a tabular table form, a process automation subsystem containing a programming tool for automation triggers within graphical user interfaces, triggered upon the occurrence of spatial, statistical and parametrically defined conditions, and leading to targeted actions, including sending control commands and alerts, an alert distribution subsystem. Also, the geoportal system additionally contains a multi-model data warehouse.
Геопортальная платформа - комплекс программно-аппаратных средств, включающий геопортальную систему и сеть управления пространственно-распределенными ресурсами (фиг. 1). Управление природно-социально-производственными системами происходит на основе решении задачи мониторинга посредством датчиков и воздействия на основе исполнительных устройств.Geoportal platform is a set of software and hardware, including a geoportal system and a network for managing spatially distributed resources (Fig. 1). Management of natural-social-production systems occurs on the basis of solving the problem of monitoring through sensors and influence based on actuators.
Сеть управления пространственно-распределенными ресурсами -вычислительная сеть, функционирующую на основе набора устройств интернета вещей разного типа и решающая задачи сбора данных о природно-социально-производственных системах и воздействия на внешнюю среду за счет дистанционного запуска исполнительных устройств.The management network for spatially distributed resources is a computing network that operates on the basis of a set of Internet of Things devices of various types and solves the problem of collecting data about natural, social and production systems and influencing the external environment through remote launch of actuators.
Геопортальная система - информационная система, включающая в себя мультимодельное хранилище пространственных данных и набор взаимодействующих подсистем (фиг. 2):Geoportal system is an information system that includes a multi-model spatial data storage and a set of interacting subsystems (Fig. 2):
1) Подсистема визуализации пространственных данных, включающая программные модули цифровой карты, легенды цифровой карты и поиска пространственных данных;1) Spatial data visualization subsystem, including software modules for a digital map, digital map legends and spatial data search;
2) Подсистема администрирования геопортальной системы, включающая модули задачу манипулирования хранилищем пространственных данных и иных объектов геопортальной системы на основе авторизованного доступа к подсистемам управления данными;2) The geoportal system administration subsystem, which includes modules for the task of manipulating the storage of spatial data and other objects of the geoportal system based on authorized access to data management subsystems;
3) Подсистема интерактивной генерации отчетной документации, включающая компонент формирования данных в межплатформенных открытых форматах;3) A subsystem for interactive generation of reporting documentation, including a component for generating data in cross-platform open formats;
4) Подсистема интеграции с внешними системами, включающая интерфейсные инструменты для решения задачи мониторинга и дистанционного управления территориально-распределенными объектами, а также для подключения новых устройств к геопортальной системе;4) Subsystem for integration with external systems, including interface tools for solving the problem of monitoring and remote control of geographically distributed objects, as well as for connecting new devices to the geoportal system;
5) Подсистема интерактивной аналитической обработки, включающая модули визуализации телеметрических данных, агрегируемых с устройств параллельно в табличном виде и на цифровой карте;5) Subsystem for interactive analytical processing, including modules for visualizing telemetric data aggregated from devices in parallel in tabular form and on a digital map;
6) Подсистема автоматизации процессов, включающая модуль визуального программирования и настройки набора триггеров, исполнение которых определяется наступлением набора условий;6) Process automation subsystem, including a module for visual programming and setting up a set of triggers, the execution of which is determined by the occurrence of a set of conditions;
7) Подсистема рассылки оповещений, включающая компонент отправки уведомлений при определенном условии.7) Subsystem for sending notifications, including a component for sending notifications under a certain condition.
Геопортальная система содержит мультимодельное хранилище данных, предполагающее использование различных подходов к манипулированию консолидированными данными. Реляционный подход использован для структурированного описания информации о пространственных объектах и их атрибутах, колоночно-ориентированный - для управления информацией в режиме реального времени, резидентный - для обеспечения обработки поступающих данных.The geoportal system contains a multi-model data warehouse, which involves the use of various approaches to manipulating consolidated data. The relational approach is used for a structured description of information about spatial objects and their attributes, the column-oriented approach is used to manage information in real time, and the resident approach is used to ensure the processing of incoming data.
Взаимодействие геопортальной системы с сетью управления пространственно-распределенными ресурсами осуществляется на основе прикладных программных интерфейсов (API), взаимодействие с которыми происходит на основе протокола TCP/IP. Лицо, принимающее решение взаимодействует с геопортальной системой на основе графических интерфейсов пользователя подсистем администрирования и визуализации пространственных данных, функционирующих на основе веб-технологий.The interaction of the geoportal system with the spatially distributed resource management network is carried out on the basis of application program interfaces (API), interaction with which occurs on the basis of the TCP/IP protocol. The decision maker interacts with the geoportal system based on graphical user interfaces of administration and visualization subsystems of spatial data operating on the basis of web technologies.
Далее дана характеристика подсистем геопортальной система.The following is a description of the subsystems of the geoportal system.
1) Подсистема визуализации пространственных данных. Представляет собой компонент, основой которого является цифровая карта. Программный модуль цифровой карты отличается тем, что интерпретируется в браузере и может быть интегрирован в веб-систему, написанную на различных языках программирования. Цифровая карта реализуется как тонкий клиент, интерпретируемый веб-браузером и визуализирующих асинхронно подгружаемые наборы пространственных данных.1) Spatial data visualization subsystem. It is a component based on a digital map. The digital map software module is different in that it is interpreted in a browser and can be integrated into a web system written in various programming languages. The digital map is implemented as a thin client, interpreted by a web browser and visualizing asynchronously loaded spatial data sets.
Программный код цифровой карты реализован на языке JavaScript, который интерпретируется веб-браузером и не привязан к серверным языкам программирования. Данные с сервера компонент получает посредством обращения к прикладным программным интерфейсам геопортальной системы и визуализирует их в рамках шаблона, который описывается на языке гипертекстовой разметки HTML и стилизуется с использованием каскадных таблиц стилей CSS. Благодаря этому, цифровая карта может быть интегрирована в том числе в веб-системы сторонних поставщиков различного типа.The software code of the digital card is implemented in JavaScript, which is interpreted by a web browser and is not tied to server-side programming languages. The component receives data from the server by accessing the application program interfaces of the geoportal system and visualizes them within a template, which is described in the hypertext markup language HTML and styled using cascading style sheets CSS. Thanks to this, the digital map can be integrated into various types of third-party web systems.
Новизна модуля определена функцией асинхронной подгрузки площадных пространственных данных различных тематических слоев в рамках активного окна на основе критерия значимости, определяемого исходя из масштабных пространственных характеристик объекта. Оценка масштабных пространственных характеристик объекта производится на основе расчета радиуса вписанной окружности. Возможность отображения больших данных в рамках цифровой карты решается на основе кластеризации пространственных объектов на основе модифицированного алгоритма k-средних для разномасштабной визуализации точечных данных. Выборка данных на цифровой карте решается на основе морфологического поиска по таблице атрибутивных данных.The novelty of the module is determined by the function of asynchronously loading areal spatial data of various thematic layers within the active window based on a significance criterion determined based on the large-scale spatial characteristics of the object. The assessment of the large-scale spatial characteristics of an object is based on calculating the radius of the inscribed circle. The possibility of displaying big data within a digital map is solved on the basis of clustering of spatial objects based on a modified k-means algorithm for multi-scale visualization of point data. The selection of data on a digital map is decided on the basis of a morphological search in a table of attribute data.
Легенда цифровой карты представляет собой интерактивный программный компонента, который позволяет оптимизированно управлять отображением различных наборов тематических слоев без необходимости повторного асинхронного запроса на получение ранее загруженных площадных объектов. Подсистема визуализации пространственных данных спроектирована с соблюдением требования адаптивности, что позволяет системе функционировать в рамках браузеров мобильных и десктопных устройств. На цифровой карте отображаются статичные и динамично изменяемые пространственные объекты.The digital map legend is an interactive software component that allows you to optimize the display of different sets of thematic layers without the need to repeat an asynchronous request for previously loaded area objects. The spatial data visualization subsystem is designed to meet the requirements of adaptability, which allows the system to function within the browsers of mobile and desktop devices. The digital map displays static and dynamically changing spatial objects.
Ключевым отличием компонента построения цифровой карты является возможность отображения больших массивов пространственных данных о площадных полигональных объектах. Геопортальная система принимает данные в формате JSON, который имеет иерархическую структуру, причем информация о геообъектах хранится в более строгой форме, в GeoJSON, регламентирующей описание геопространственных объектов. Другой проблемой, требующей решения, стала необходимость оптимизированного отображения большого количества объектов на цифровой карте, как с точки зрения наглядности, так и производительности.The key difference of the digital map building component is the ability to display large arrays of spatial data about areal polygonal objects. The geoportal system accepts data in JSON format, which has a hierarchical structure, and information about geo-objects is stored in a more strict form, in GeoJSON, which regulates the description of geospatial objects. Another problem to be solved was the need for optimized display of a large number of objects on a digital map, both in terms of visibility and performance.
Общий алгоритм инициализации цифровой карты (поток А) геопортала имеет следующий вид:The general algorithm for initializing a digital map (stream A) of the geoportal is as follows:
А1. Получение метаданных портала на основе метода API portal_info. Ответ включает в себя три блока данных: portal: {…}, styles: {…}, categories: {…}.A1. Retrieving portal metadata based on the portal_info API method. The response includes three data blocks: portal: {…}, styles: {…}, categories: {…}.
А2. На основе блока данных portal происходит инициализация цифровой карты: устанавливается заголовочная информация, выбирается тема оформления и формируется графический интерфейс пользователя. Затем осуществляется центровка карты в заданном месте и выбирается масштаб, определенный в системе администрирования.A2. Based on the portal data block, the digital card is initialized: header information is set, a design theme is selected, and a graphical user interface is generated. Then the map is centered at a given location and the scale defined in the administration system is selected.
A3. На основе контейнера styles происходит построение таблицы стилей цифровой карты, на основе которой будут стилизованы пространственные объекты полигональной, линейной и точечной формы.A3. Based on the styles container, a digital map style table is built, on the basis of which spatial objects of polygonal, linear and point shapes will be stylized.
А4. С использованием контейнера categories происходит формирование меню интерактивного выбора тематических слоев и базовой картографической основы.A4. Using the categories container, a menu for interactive selection of thematic layers and a basic cartographic basis is formed.
После выполнения алгоритма инициализации цифровой карты геопортала (поток А) начинает выполняться алгоритм визуализации первичного набора данных (поток Б), включающий последовательность следующих операций:After executing the algorithm for initializing the digital map of the geoportal (stream A), the algorithm for visualizing the primary data set (stream B) begins to execute, including the sequence of the following operations:
Б1. Получение облегченного массива точечных геоданных по объектам геопортала на основе метода API objects/total, имеющего следующую структуру: идентификаторы объектов (id), стилей (style_id), категорий (category_id) и координаты объекта (X и Y). Координаты точечных данных используются по принципу «как есть», а для площадных объектов берется центр минимальной очерчивающей окружности.B1. Obtaining a lightweight array of point geodata for geoportal objects based on the objects/total API method, which has the following structure: object identifiers (id), styles (style_id), categories (category_id) and object coordinates (X and Y). The coordinates of point data are used on an “as is” basis, and for area objects the center of the minimum outlining circle is taken.
Б2. Кластеризация облегченного массива точечных геоданных на основе модифицированного алгоритма k-средних (k-means) для разномасштабной визуализации точечных данных на цифровой карте с группировкой по тематическим слоям.B2. Clustering of a lightweight array of point geodata based on a modified k-means algorithm for multi-scale visualization of point data on a digital map with grouping by thematic layers.
Б3. Рендеринг кластеризованных геообъектов на цифровой карте с применением таблицы стилей цифровой карты для визуализации точечных, линейных и площадных объектов.B3. Rendering of clustered geo-objects on a digital map using a digital map style sheet to visualize point, line and area objects.
Б4. Привязка события клика мыши на маркер геообъекта, определяющего порядок асинхронной подгрузки детализированных метаданных объекта (названия, фотоизображения, описания, тегов).B4. Binding of a mouse click event to a geo-object marker, which determines the order of asynchronous loading of detailed object metadata (name, photo, description, tags).
Решение задачи кластеризации облегченного массива точечных геоданных на основе модифицированного алгоритма k-средних для разномасштабной визуализации точечных данных на цифровой карте реализуется согласно алгоритму, описанному далее.The solution to the problem of clustering a lightweight array of point geodata based on a modified k-means algorithm for multi-scale visualization of point data on a digital map is implemented according to the algorithm described below.
К массиву точечных геоданных, каждый элемент которого представлен парой координат (широта, долгота) применяется классический алгоритм k-средних, который определяет центры кластеров на основе расстояний между точками данных и находит оптимальное разбиение на к кластеров. Алгоритм минимизирует суммарное квадратичное отклонение геоточек кластеров от центров этих кластеров:To an array of point geodata, each element of which is represented by a pair of coordinates (latitude, longitude), the classical k-means algorithm is applied, which determines cluster centers based on the distances between data points and finds the optimal partition into k clusters. The algorithm minimizes the total square deviation of geopoints of clusters from the centers of these clusters:
где k - число кластеров,where k is the number of clusters,
Si- i-й кластер геообъектов,S i - i-th cluster of geo-objects,
μi - центр масс кластера Si.μ i is the center of mass of the cluster Si .
Число кластеров представляет собой настраиваемый параметр, определяющий плотность кластеризации данных для каждого масштаба цифровой карты. Далее выбирается к точек геоданных из исходного набора в качестве начальных центров кластеров с применением эвристики о том, что кластеры должны быть распределены равномерно. Затем, для каждой точки данных на карте, определяется ближайший центр кластера с присвоением этой точке метки соответствующего кластера.The number of clusters is a configurable parameter that determines the density of data clustering at each digital map scale. Next, k geodata points from the original set are selected as initial cluster centers using the heuristic that the clusters should be evenly distributed. Then, for each data point on the map, the nearest cluster center is determined and the corresponding cluster label is assigned to that point.
Затем необходимо провести поиск новых центров кластеров на основе точек данных, отнесенных к каждому кластеру. Это делается путем вычисления средней широты и долготы для всех точек геоданных, относящихся к каждому кластеру, и использования этих координат как новых кластерных центров. Данная операция итеративно повторяется до тех пор, пока центры кластеров не станут стабильными или пока не будет достигнуто максимальное количество итераций.New cluster centers must then be searched based on the data points assigned to each cluster. This is done by calculating the average latitude and longitude for all geodata points associated with each cluster and using these coordinates as the new cluster centers. This operation is repeated iteratively until the cluster centers become stable or until the maximum number of iterations is reached.
Результатом алгоритма является кластеризация геоданных, где каждая точка данных отнесена к ближайшему кластеру на карте. Кластерное представление геоданных может быть визуализировано на цифровой карте, благодаря чему большие данные становятся представлены с одной стороны наглядно, а с другой - значительно снижается ресурсоемкость операции рендеринга геоданных. Каждый кластер может быть раскрашен в разные цвета и отмечен текстовой меткой, визуализирующей число кластеризованных элементов.The result of the algorithm is clustering of geodata, where each data point is assigned to the nearest cluster on the map. A cluster representation of geodata can be visualized on a digital map, thanks to which big data becomes visually presented on the one hand, and on the other hand, the resource intensity of the geodata rendering operation is significantly reduced. Each cluster can be colored in different colors and marked with a text label that visualizes the number of clustered elements.
По результатам выполнения алгоритма визуализации первичного набора данных (поток Б), начинается выполнение алгоритма асинхронной подгрузки геоданных для текущего экрана (поток В). Также поток В, выполняется при двух типах событий: изменения масштаба цифровой карты и панорамировании. Поток содержит следующую последовательность операции:Based on the results of executing the algorithm for visualizing the primary data set (stream B), the execution of the algorithm for asynchronously loading geodata for the current screen (stream B) begins. Also, thread B is executed for two types of events: changing the scale of the digital map and panning. The flow contains the following sequence of operations:
B1. Совершение асинхронного запроса к серверу данных на основе метода objects/get_bbox для получения значимых площадных геоданных, принадлежащих текущему экрану (ограничительной рамке) в формате, содержащем информацию об идентификаторе объекта (id), стиля его оформления (style_id) и категории (category_id) и геометрии (массиве данных geometry о вершинах, характеризуемых широтой и долготой).B1. Making an asynchronous request to the data server based on the objects/get_bbox method to obtain significant areal geodata belonging to the current screen (bounding box) in a format containing information about the object identifier (id), its design style (style_id) and category (category_id) and geometry (an array of geometry data about vertices characterized by latitude and longitude).
B2. Обновление массива данных о площадных геообъектах для тематических слоев цифровой карты с последующим рендерингом информации для активных слоев.B2. Updating the array of data on areal geoobjects for thematic layers of a digital map with subsequent rendering of information for active layers.
B3. Привязка события клика мыши на площадной геообъект, определяющего порядок асинхрнной подгрузки детализированных метаданных объекта по тому же принципу, что и для маркера.B3. Binding of a mouse click event to an area geoobject, which determines the order of asynchronous loading of detailed object metadata according to the same principle as for a marker.
Разработанный алгоритм получения значимых площадных геоданных (поток Г), принадлежащих текущему экрану (ограничительной рамке) функционирует следующим образом:The developed algorithm for obtaining significant areal geodata (G flow) belonging to the current screen (bounding box) functions as follows:
Г1. Для каждого площадного и линейного объекта базы геоданных осуществляется построение минимальной очерчивающей окружности, после чего координаты ее центра (lat, lon) и радиус R сохраняются в базе геоданных в проекции EPSG:4326 (WGS-84) и используются в потоке Б для решения задачи визуализации первичного набора данных.G1. For each areal and linear object in the geodatabase, a minimum outlining circle is constructed, after which the coordinates of its center (lat, lon) and radius R are stored in the geodatabase in the EPSG:4326 (WGS-84) projection and used in stream B to solve the visualization problem primary data set.
Г2. Для каждого площадного объекта рассчитывается и сохраняется в базу данных параметр dpx18, равный диаметру геообъекта в пикселях в 18-м масштабе цифровой карты. Расчет этого параметра осуществляется по следующему принципу: во-первых идет подсчет разрешения для данной широты при масштабе z=18 (параметр зависит от радиуса Земли RE):G2. For each areal object, the parameter dpx 18 is calculated and stored in the database, equal to the diameter of the geoobject in pixels at the 18th scale of the digital map. This parameter is calculated according to the following principle: first, the resolution is calculated for a given latitude at a scale of z=18 (the parameter depends on the radius of the Earth R E ):
Во-вторых, происходит расчет параметра dpx18, определяющего диаметр минимальной описывающей окружности в пикселях для цифровой карты 18-го масштаба, учитывая радиус R.Secondly, the parameter dpx 18 is calculated, which determines the diameter of the minimum circumscribing circle in pixels for a digital map of the 18th scale, taking into account the radius R.
Г3. При обновлении масштаба карты и панорамировании в запросе к методу API portal_info передаются параметры ограничивающей рамки (bounding box) и z-уровня масштабирования. На основе настраиваемого параметра threshold, определяющего минимально значимый диаметр в пикселях для подгружаемых объектов в масштабе, рассчитывается граничный показатель dpxmin(z):G3. When updating the map scale and panning, the request to the portal_info API method passes the bounding box and z-zoom parameters. Based on the custom threshold parameter, which determines the minimum significant diameter in pixels for loaded objects at scale, the boundary indicator dpx min (z) is calculated:
При выборке объектов, в SQL-запросе определяются два условия: 1) пересечение границ ограничивающей рамки и полигона и 2) необходимость истинности неравенства dpx18>dpxmin(z).When selecting objects, two conditions are defined in the SQL query: 1) the intersection of the boundaries of the bounding box and the polygon and 2) the necessity of the truth of the inequality dpx 18 >dpx min (z).
Г4. Формирование j son-массива площадных объектов в рамках выполнения потока В подгрузки геоданных для текущего экрана с последующим рендерингом значимых объектов на цифровой карте.G4. Formation of a j son-array of area objects as part of the execution of thread B for loading geodata for the current screen with subsequent rendering of significant objects on a digital map.
Реализация данного алгоритма позволяет при конкретных параметрах просмотра цифровой карты визуализировать только значимые объекты. Значимость может настраиваться через конфигурирование параметра threshold.The implementation of this algorithm allows, under specific viewing parameters of a digital map, to visualize only significant objects. The significance can be configured through the configuration of the threshold parameter.
Программное решение может функционировать в рамках современного веб-браузера как на десктопном устройстве, так и на мобильном: смартфоне или планшете.The software solution can operate within a modern web browser on both a desktop device and a mobile device: smartphone or tablet.
Управление процессом интерактивной настройки наборов тематических слоев осуществляется на основе модуля легенды цифровой карты, позволяющего изменять базовую картографическую основу на основе визуализации растровых и векторных базовых картографических данных, а также набор категорий визуализируемых статических и динамических объектов.The process of interactive configuration of sets of thematic layers is controlled based on the digital map legend module, which allows you to change the basic cartographic basis based on the visualization of raster and vector basic cartographic data, as well as a set of categories of visualized static and dynamic objects.
Визуализация растровых и векторных базовых картографических данных реализована на основе системы иерархических тайлов. Тематические слои, выстраиваемые на основе растровых и векторных тайловых данных могут быть скомбинированы между собой для повышения эффективности анализа состояния природно-социально-производственных систем.Visualization of raster and vector basic cartographic data is implemented based on a system of hierarchical tiles. Thematic layers built on the basis of raster and vector tile data can be combined with each other to increase the efficiency of analysis of the state of natural-social-production systems.
Другим источником данных для тематических слоев геопортала являются геообъекты системы, управление которыми осуществляется посредством подсистемы администрирования. Обмен данными между геопортальной системой и подсистемой администрирования производится на основе прикладных программных интерфейсов (API), функционирующих на основе архитектурного паттерна REST. Обеспечение отображения объектов на цифровой карте базируется на следующих алгоритмах: 1) инициализации цифровой карты (поток А); 2) визуализации первичного набора данных (поток Б), включающий компонент разномасштабной кластеризации; 3) асинхронной подгрузки геоданных для текущего экрана (поток В) при изменении масштаба цифровой карты и панорамировании; выборки значимых площадных геоданных (поток Г).Another source of data for thematic layers of the geoportal are geo-objects of the system, which are managed through the administration subsystem. Data exchange between the geoportal system and the administration subsystem is carried out on the basis of application program interfaces (APIs) operating on the basis of the REST architectural pattern. Ensuring the display of objects on a digital map is based on the following algorithms: 1) initialization of the digital map (stream A); 2) visualization of the primary data set (stream B), including a multi-scale clustering component; 3) asynchronous loading of geodata for the current screen (stream B) when changing the scale of the digital map and panning; samples of significant areal geodata (stream G).
В рамках системы обеспечивается визуализация статических и динамических объектов. Процесс визуализации динамических объектов геопортала отличается тем, что для каждого из них осуществляется периодическое асинхронное обновление координат. Для статических и динамических объектов системы реализована возможность просмотра атрибутивной информации об объекте посредством асинхронной подгрузки связанных данных, инициируемой событием нажатия курсором мыши по маркеру объекта и рендерингом всплывающего связанного модального окна.The system provides visualization of static and dynamic objects. The process of visualizing dynamic geoportal objects differs in that for each of them periodic asynchronous coordinates are updated. For static and dynamic system objects, the ability to view attribute information about an object is implemented through asynchronous loading of related data, initiated by the event of clicking the mouse cursor on an object marker and rendering a pop-up associated modal window.
Поиск по базе пространственных данных решается на основе на основе семантического поиска текстовых данных с учетом морфологии. Ключевые термины для поиска вводятся посредством текстового поля. Инициирование выполнения алгоритма поиска осуществляется на основе нажатия клавиши Enter или кнопки поиска в графических интерфейсах. В случае нахождения объектов, цифровая карта центрируется и масштабируется таким образом, чтобы все найденные объекты были отображены в рамках активного окна. Реализована функция сброса результата поиска, позволяющая вернуть цифровую карту к режиму отображения всех объектов системы.Spatial database search is solved based on semantic search of text data taking into account morphology. Key search terms are entered using the text field. The search algorithm is initiated by pressing the Enter key or the search button in graphical interfaces. If objects are found, the digital map is centered and scaled so that all found objects are displayed within the active window. A search result reset function has been implemented, allowing you to return the digital map to the mode of displaying all system objects.
2) Подсистема администрирования геопортальной системы. Представляет собой компонент, решающий задачу манипулирования хранилищем пространственных данных и предоставляющий авторизованный доступ к другим подсистемам. Новизна подхода к хранению пространственных данных определена разработкой нормализованного реляционного интерактивного хранилища, не зависящего от существующих форматов хранения пространственных данных в геоинформационных системах. В отдельных таблицах обеспечивается хранение пространственных параметров объектов, категорий, атрибутов, тематических слоев, стилей отображения, геопорталов-сателлитов и тегов. Сущности реляционного хранилища приведены к третьей нормальной форме.2) Administration subsystem of the geoportal system. It is a component that solves the problem of manipulating the spatial data storage and provides authorized access to other subsystems. The novelty of the approach to storing spatial data is determined by the development of a normalized relational interactive storage, independent of existing formats for storing spatial data in geographic information systems. Separate tables provide storage of spatial parameters of objects, categories, attributes, thematic layers, display styles, satellite geoportals and tags. Relational storage entities are reduced to third normal form.
Накапливаемые массивы пространственных данных геопортальной системы могут быть экспортированы в формате GeoJSON для решения задачи обмена данными и последующего универсального импорта в другие геоинформационные системы. Новизна подхода обеспечивается реализацией возможности организации сразу нескольких геопорталов-сателлитов вокруг одной геопортальной системы.Accumulated arrays of spatial data of a geoportal system can be exported in GeoJSON format to solve the problem of data exchange and subsequent universal import into other geographic information systems. The novelty of the approach is ensured by the implementation of the possibility of organizing several satellite geoportals around one geoportal system.
3) Подсистема интерактивной генерации отчетной документации. Компонент позволяет экспортировать данные из подсистемы администрирования в межплатформенный открытый формат PDF для решения задачи обмена информацией в удобном для человека виде. Отличие компонента от существующих аналогов заключается в возможности конфигурирования набора экспортируемых данных о территориальном объекте, в том числе названии, кратком и детальном описании, картографическом отображении и иной атрибутивной информации. Реализована возможность изменения видимости и порядка отображения информационных блоков о пространственном объекте.3) Subsystem for interactive generation of reporting documentation. The component allows you to export data from the administration subsystem into the cross-platform open PDF format to solve the problem of information exchange in a human-friendly form. The difference between the component and existing analogues is the ability to configure a set of exported data about a territorial object, including name, brief and detailed description, cartographic display and other attribute information. The ability to change the visibility and display order of information blocks about a spatial object has been implemented.
4) Подсистема интеграции с внешними системами. Компонент обеспечивает решение задачи мониторинга и дистанционного управления природно-социально-производственными системами. Подсистема интеграции с внешними системами получает данные от сети управления пространственно-распределенными ресурсами посредством прикладных программных интерфейсов на основе протокола передачи данных ТСРЛР.4) Subsystem for integration with external systems. The component provides a solution to the problem of monitoring and remote control of natural-social-production systems. The integration subsystem with external systems receives data from the spatially distributed resource management network through application software interfaces based on the TSRLR data transfer protocol.
Сеть управления пространственно-распределенными ресурсами представляет собой часть геопортальной платформы, выстраиваемую на основе набора устройств интернета вещей. Реализован вариант развертывания вычислительной сети управления на основе системы, состоящей из подчиненных и головных устройств. Устройства разработаны на основе модульной компонентной организации, позволяющей достичь качественное свойство расширяемости и создания новых типов устройств. Получение обозначенного преимущества достигается за счет соблюдения принципов объектно-ориентированного проектирования: единственной ответственности, открытости к расширению, закрытости к внутренней модификации.The management network for spatially distributed resources is part of a geoportal platform, built on the basis of a set of Internet of Things devices. An option has been implemented to deploy a computer control network based on a system consisting of slave and master devices. The devices are developed on the basis of a modular component organization, which allows achieving high-quality expandability and the creation of new types of devices. Obtaining the indicated advantage is achieved by adhering to the principles of object-oriented design: single responsibility, openness to expansion, closedness to internal modification.
Подчиненное устройство (ПУ) включает в свой состав контроллер с программных обеспечением (ПО), реализующим возможность подключения датчиков для сбора измерений условий функционирования природно-социально-производственных систем и исполнительных устройств, решающих задачу воздействия на внешнюю среду (фиг. 3). Для определения позиции подчиненного устройства контроллер использует GPS/GLONASS модуль. Устройство приема и передачи данных обеспечивает передачу данных с подчиненного устройства на головное в рамках сети управления пространственно-распределенными ресурсами по внутреннему каналу передачи данных.The slave device (SD) includes a controller with software that implements the ability to connect sensors to collect measurements of the operating conditions of natural-social-production systems and actuators that solve the problem of influencing the external environment (Fig. 3). To determine the position of the slave device, the controller uses the GPS/GLONASS module. The data reception and transmission device ensures data transmission from the slave device to the head device within the framework of the spatially distributed resource management network via an internal data transmission channel.
Головное устройство (ГУ) принимает данные с подчиненных устройств и передает их на геопортальную систему посредством модуля передачи данных по TCP/IP (фиг. 4). Передача данных реализована на основе технология беспроводной передачи данных в Интернет на основе стандарта IEEE 802.11. Преимуществом предложенного комбинированного подхода, заключающегося в совместном использовании головного и подчиненного устройств заключается получение возможности эффективного масштабирования сети управления пространственно-распределенными ресурсами. Подчиненные устройства не требуют привлечения сторонних провайдеров связи для обмена информацией по внутреннему каналу передачи данных. Это позволяет достичь получения набора преимуществ при эксплуатации сети. Во-первых, исключается эффект роста стоимости услуг сторонних провайдеров связи при подключении наборов новых устройств. Во-вторых, реализуется возможность построения сети в рамках территориальных систем, не имеющих доступа к сетям передачи данных сторонних провайдеров.The head unit (GU) receives data from slave devices and transmits them to the geoportal system via a TCP/IP data transmission module (Fig. 4). Data transmission is implemented using wireless data transmission technology to the Internet based on the IEEE 802.11 standard. The advantage of the proposed combined approach, which consists in the joint use of head and slave devices, is the ability to effectively scale the network for managing spatially distributed resources. Slave devices do not require the involvement of third-party communication providers to exchange information via an internal data link. This allows you to achieve a set of advantages when operating the network. Firstly, the effect of rising costs of services of third-party communication providers when connecting sets of new devices is eliminated. Secondly, the possibility of building a network within territorial systems that do not have access to data transmission networks of third-party providers is realized.
Для организации внутреннего канала передачи данных используются устройства приема и передачи данных LoRa (Long Range), основанные на технологии модуляции маломощной сети. Преимуществом использования этой технологии является возможность развертывания сети в рамках значительного радиуса, измеряемом километрами в зависимости от территориальных особенностей природно-социально-производственных систем. При этом скорость передачи данных характеризуется невысокими значениями, что удовлетворительно в условиях решения задачи передачи данных с датчиков и управляющих команд.To organize an internal data transmission channel, LoRa (Long Range) data reception and transmission devices are used, based on low-power network modulation technology. The advantage of using this technology is the ability to deploy a network within a significant radius, measured in kilometers, depending on the territorial characteristics of natural-social-production systems. At the same time, the data transfer rate is characterized by low values, which is satisfactory in terms of solving the problem of data transfer from sensors and control commands.
Отдельное устройство (ОУ), как и подчиненное устройство сети управления пространственно-распределенными ресурсами, функционирует на основе модульной организации и включает контроллер, управляемый программным обеспечением для решения задачи сбора данных с датчиков и запуска исполнительных устройств (фиг. 5). Устройство снабжено модулем передачи данных по ТСРЛР, что позволяет при необходимости его использования вне интеграции с головным устройством.A separate device (OD), like a slave device of the spatially distributed resource management network, operates on the basis of a modular organization and includes a controller controlled by software to solve the problem of collecting data from sensors and launching actuators (Fig. 5). The device is equipped with a data transmission module via TSRLR, which allows, if necessary, its use outside of integration with the head unit.
Устройства сети управления пространственно-распределенными ресурсами взаимодействуют с геопортальной системой по шаблону издатель-подписчик на основе протокола обмена сообщениями MQTT, построенного на основе протокола ТСРЛР. Эксплуатация протокола обеспечивает устойчивое функционирование процесса обмена данными между устройствами сети управления пространственно-распределенными ресурсами и геопортальной системой как в направлении обмена показаний датчиков, так и при отправке управляющих команд. Для осуществления взаимодействия отдельного устройства и геопортальной системы на прикладном уровне реализован компонент обмена телеметрическими данными на основе протокола FLEX.Devices of the spatially distributed resource management network interact with the geoportal system using a publisher-subscriber pattern based on the MQTT messaging protocol, built on the TSRLR protocol. Operation of the protocol ensures stable functioning of the data exchange process between devices of the spatially distributed resource management network and the geoportal system, both in the direction of exchanging sensor readings and when sending control commands. To implement the interaction of a separate device and a geoportal system, a telemetry data exchange component based on the FLEX protocol is implemented at the application level.
В рамках подсистемы интеграции с внешними системами реализована возможность мониторинга данных, передаваемых от устройств сети управления пространственно-распределенными ресурсами и отправки управляющих команд из интерфейсов диспетчеризации. Новые устройства могут быть добавлены в реестр из подсистемы администрирования.Within the framework of the integration subsystem with external systems, the ability to monitor data transmitted from devices in the network for managing spatially distributed resources and send control commands from dispatch interfaces has been implemented. New devices can be added to the registry from the administration subsystem.
5) Подсистема интерактивной аналитической обработки. Компонент обеспечивает возможность визуализации телеметрических данных, агрегируемых с устройств в табличном виде и на цифровой карте. Функции фильтрации позволяют выбирать наборы телеметрической информации в соответствии с настраиваемым набором критериев.5) Interactive analytical processing subsystem. The component provides the ability to visualize telemetry data aggregated from devices in tabular form and on a digital map. Filtering features allow you to select sets of telemetry information based on a custom set of criteria.
Для хранения и аналитической обработки данных телеметрии, собираемых посредством сети управления пространственно-распределенными ресурсами, используется расширение системы управления базами данных для работы с временными рядами. Хранение телеметрических данных осуществляется посредством колоночно-ориентированного подхода.To store and analytically process telemetry data collected through a spatially distributed resource management network, an extension of the database management system for working with time series is used. Telemetry data is stored using a column-oriented approach.
В рамках компонента реализована функция экспорта данных из интерфейсов интерактивной аналитической обработки подсистемы администрирования в формат PDF для решения задачи обмена информацией в удобном для человека виде.The component implements a function for exporting data from the interfaces of interactive analytical processing of the administration subsystem into PDF format to solve the problem of exchanging information in a human-friendly form.
6) Подсистема автоматизации процессов. Компонент позволяет посредством визуального программирования формировать и настраивать набор триггеров посредством графического веб-интерфейса. Под триггером понимается хранимая и настраиваемая процедура, исполнение которой определяется наступлением набора условий, связанных с изменением значений консолидируемых пространственных данных.6) Process automation subsystem. The component allows you to create and configure a set of triggers using a graphical web interface through visual programming. A trigger is a stored and customizable procedure, the execution of which is determined by the occurrence of a set of conditions associated with a change in the values of the consolidated spatial data.
Для каждого триггера системы реализована возможность настройки названия, размер временного окна проверки условий триггера, выбор группы устройств, к которым применяется действие, инициируемое триггером, статус активности, а также текстовое описание.For each trigger in the system, it is possible to configure the name, the size of the time window for checking trigger conditions, selecting a group of devices to which the action initiated by the trigger is applied, the activity status, and a text description.
Для каждого триггера системы реализована настройка условий активации следующих типов:For each system trigger, activation conditions of the following types are configured:
По значению параметров. В границах настраиваемых временных рамок осуществляется запрос к таблице телеметрических данных, консолидируемых с интегрированных в систему устройств. Может быть указано несколько условий в формате «параметр» - «оператор сравнения» - «значение параметра». В случае указания нескольких условий, они комбинируются посредством оператора логического ИЛИ. В случае, если значение атомарного или комбинированного условия равно истине, выполняется запуск целевого действия.By parameter value. Within a configurable time frame, a request is made to a table of telemetric data consolidated from devices integrated into the system. Several conditions can be specified in the format “parameter” - “comparison operator” - “parameter value”. If multiple conditions are specified, they are combined using the logical OR operator. If the value of an atomic or combined condition is true, the target action is launched.
По значению статистических параметров. Осуществляется расчет статистических метрик (в том числе максимума, минимума, среднего) для значений параметров за определенный интервал с последующей проверкой соблюдения условия. В случае, если значение условия равно истине, выполняется запуск целевого действия.By the value of statistical parameters. Statistical metrics are calculated (including maximum, minimum, average) for parameter values for a certain interval, followed by checking whether the condition is met. If the condition value is true, the target action is launched.
Следование маршруту. Осуществляется оценка степени удаленности устройства геопортальной системы от маршрута. Маршрут определяется полилинией, следующей через определенный набор точек. Реализована функция автоматизированного интерактивного построения маршрута через несколько (две и более) точек на основе алгоритма поиска кратчайшего пути. Кратчайший маршрут рассчитывается на основе открытых данных об уличной дорожной сети. Поиск кратчайшего маршрута осуществляется на основе многоуровневого алгоритма Дейкстры (multi-level dijkstra, MLD). Модульная организация системы позволяет осуществить замену одного алгоритма поиска кратчайшего пути на другой. Расстояние между пространственным объектом и маршрутом определяется равным длине отрезка, соединяющего объект с ближайшей точкой маршрута. Проверяется соблюдение условия сравнения расстояния между пространственным объектом и маршрутом с численным значением. В случае, если значение условия равно истине, выполняется запуск целевого действия.Following the route. The degree of distance of the geoportal system device from the route is assessed. A route is defined by a polyline that passes through a specific set of points. The function of automated interactive route construction through several (two or more) points based on the shortest path search algorithm has been implemented. The shortest route is calculated based on open data about the street road network. The search for the shortest route is carried out on the basis of the multi-level Dijkstra algorithm (multi-level dijkstra, MLD). The modular organization of the system makes it possible to replace one algorithm for finding the shortest path with another. The distance between the spatial object and the route is determined to be equal to the length of the segment connecting the object with the nearest point on the route. Compliance with the condition of comparing the distance between a spatial object and a route with a numerical value is checked. If the condition value is true, the target action is launched.
Попадание объекта в рамки полигона. Осуществляется проверка нахождения объекта в рамках полигона. Возможна проверка условия нахождения объекта внутри и снаружи полигона. В случае, если значение условия равно истине, выполняется запуск целевого действия.The object falls within the polygon. The location of the object within the polygon is checked. It is possible to check the condition of an object being located inside and outside the polygon. If the condition value is true, the target action is launched.
Целевое действие, запускаемое при соблюдении условия триггера может быть выбрано из реестра возможных целевых действий для конкретного устройства (запуск и остановка устройства, активация функции полива, включение света и так далее).The target action launched when the trigger condition is met can be selected from the register of possible target actions for a specific device (starting and stopping the device, activating the watering function, turning on the lights, and so on).
7) Подсистема рассылки оповещений. Компонент функционирует в рамках Подсистемы автоматизации процессов и позволяет осуществить рассылку уведомлений при активации определенного триггера совместно с запуском целевого действия.7) Subsystem for sending notifications. The component operates within the Process Automation Subsystem and allows sending notifications when a specific trigger is activated along with the launch of a target action.
Реализована возможность отправки сообщений на электронную почту, оповещение посредством использования мессенджера и передача параметров на внешние прикладные программные интерфейсы.Implemented the ability to send messages by email, notify using a messenger and transfer parameters to external application program interfaces.
Принцип работы геопортальной платформы для управления пространственно-распределенными ресурсами представлен далее.The operating principle of the geoportal platform for managing spatially distributed resources is presented below.
Геопортальная программная платформа представляет собой клиент-серверную систему, решающую задачу управления пространственно-распределенными системами.The geoportal software platform is a client-server system that solves the problem of managing spatially distributed systems.
Система обеспечивает реализацию следующих ключевых функций:The system provides the following key functions:
- визуализация пространственной информации в рамках цифровой карты геопортала с комбинированным послойным отображением наборов данных, подбором данных на основе фильтрации в зависимости от атрибутивных параметров, осуществление поиска информации;- visualization of spatial information within the digital map of the geoportal with a combined layer-by-layer display of data sets, selection of data based on filtering depending on attribute parameters, search for information;
- интеграция с компонентами Интернета Вещей для сбора данных о географических координатах и различных изменяющихся с течением времени параметрах, управление распределенными в пространстве устройствами посредством отправки управляющих команд, интерактивная аналитическая обработка (OLAP) консолидируемых пространственных данных;- integration with components of the Internet of Things to collect data on geographic coordinates and various parameters that change over time, control of devices distributed in space by sending control commands, interactive analytical processing (OLAP) of consolidated spatial data;
- автоматизация процессов, анализируемых в рамках геопортальных систем с использованием инструментов автоматического принятия решений на основе программирования триггеров, рассылка оповещений ограниченному кругу адресатов;- automation of processes analyzed within geoportal systems using automatic decision-making tools based on programming triggers, sending alerts to a limited circle of recipients;
- интерактивная генерация отчетной документации, экспорт данных в человеко-читаемые форматы и структуры данных для межмашинного взаимодействия;- interactive generation of reporting documentation, export of data into human-readable formats and data structures for machine-to-machine interaction;
- функционирование подсистемы администрирования, решающей задачи манипулирования пространственными данными.- functioning of the administration subsystem that solves the problem of manipulating spatial data.
Входные воздействия, обрабатываемые геопортальной системой: взаимодействие с пользователем системы через графический веб-интерфейс консолидации, обработки, анализа и мониторинга пространственных данных, интеграция с внешними системами на основе программных интерфейсов, в том числе компонентами Интернета вещей отечественных производителей.Input influences processed by the geoportal system: interaction with the system user through a graphical web interface for consolidation, processing, analysis and monitoring of spatial data, integration with external systems based on software interfaces, including Internet of Things components from domestic manufacturers.
Выходные реакции, обеспечиваемые системой в результате выполнения своих функций: послойная тематическая визуализация больших массивов растровых и векторных пространственных данных на цифровой карте, визуализация статистических агрегированных данных в рамках табличных интерфейсов, отправка управляющих команд для внешних систем и оповещений, генерация отчетной документации.Output reactions provided by the system as a result of performing its functions: layer-by-layer thematic visualization of large arrays of raster and vector spatial data on a digital map, visualization of statistical aggregated data within tabular interfaces, sending control commands for external systems and alerts, generation of reporting documentation.
Геопортальная платформа для управления пространственно-распределенными ресурсами состоит из серверной части, на которой размещены программные модули. Для взаимодействия с системой посредством графического веб-интерфейса необходим компьютер или смартфон с установленным современным веб-браузером и доступом в интернет.A geoportal platform for managing spatially distributed resources consists of a server part on which software modules are located. To interact with the system via a graphical web interface, you need a computer or smartphone with a modern web browser installed and Internet access.
Количественные параметры, характеризующие работу системы:Quantitative parameters characterizing the operation of the system:
1) время ответа сервера геопортальной системы не превышает 500 миллисекунд; время полной загрузки страницы не превышает 3 секунды;1) the response time of the geoportal system server does not exceed 500 milliseconds; Full page loading time does not exceed 3 seconds;
2) периодичность обновления цифровой карты при визуализации динамических объектов - 1 секунда;2) the frequency of updating the digital map when visualizing dynamic objects is 1 second;
3) число статичных объектов, визуализируемый одновременно на цифровой карте - 12000, число одновременно отображаемых статичных тематических слоев - 150;3) the number of static objects visualized simultaneously on a digital map - 12000, the number of simultaneously displayed static thematic layers - 150;
4) число динамичных объектов, визуализируемый одновременно на цифровой карте - до 1500, максимальное число одновременно отображаемых динамичных тематических слоев - 30;4) the number of dynamic objects visualized simultaneously on a digital map - up to 1500, the maximum number of simultaneously displayed dynamic thematic layers - 30;
5) число хранимых записей о пространственных данных - до 10 миллионов строк, возможное число полей группировки при выполнении аналитических запросов - 5;5) the number of stored records about spatial data is up to 10 million rows, the possible number of grouping fields when performing analytical queries is 5;
6) число одновременно подключаемых устройств - 20;6) number of simultaneously connected devices - 20;
7) число программируемых триггеров, срабатывающих при наступлении определенных пространственно-определяемых условий - до 50 (с минимальной периодичностью проверки наступления условия - 1 минута).7) the number of programmable triggers that are triggered when certain spatially defined conditions occur - up to 50 (with a minimum frequency of checking the occurrence of a condition - 1 minute).
8) число пользователей системы (при условии одновременного использования системы) - 50.8) the number of system users (subject to simultaneous use of the system) - 50.
Анализ значений математического ожидания и среднего квадратичного отклонения для тестируемых показателей показывает устойчивость алгоритмов, предсказуемость их поведения в разных условиях.Analysis of the values of mathematical expectation and standard deviation for the tested indicators shows the stability of the algorithms and the predictability of their behavior under different conditions.
Компонентная структура геопортальной системы организована на основе архитектурного паттерна Модель-Вид-Контроллер, предполагающего разделение ключевых компонентов системы на сильно связанные и слабо зацепленные модули манипулирования данными, организации графических интерфейсов, и формирования программной логики системы. При разработке системы использовано открытое (в том числе отечественное) программное обеспечение.The component structure of the geoportal system is organized on the basis of the Model-View-Controller architectural pattern, which involves dividing the key components of the system into tightly coupled and loosely coupled modules for manipulating data, organizing graphical interfaces, and forming the program logic of the system. When developing the system, open source (including domestic) software was used.
Модификация геопортальной платформы должна основываться на основе двух стратегий.Modification of the geoportal platform should be based on two strategies.
1) Разработка «от общего к частному»: система изначально проектировался таким образом, чтобы качественно покрыть наибольшее количество вариантов использования системы, обеспечиваю при этом минималистичность и удобство геопортальных интерфейсов.1) Development “from general to specific”: the system was initially designed in such a way as to qualitatively cover the largest number of options for using the system, while ensuring the minimalism and convenience of geoportal interfaces.
2) Разработка «от частному к общему»: на основе геопортальной программной платформы для управления пространственно-распределенными ресурсами реализованы пилотные проекты, решение конкретных проектных задач указывает направления развития базового решения.2) Development “from the particular to the general”: pilot projects have been implemented based on a geoportal software platform for managing spatially distributed resources, the solution of specific project problems indicates the directions for the development of the basic solution.
Двунаправленный подход позволяет получить эффективное каркасное программное решение, способное решать реальные проектные задачи в организациях, деятельность которых связанных с использованием пространственно-распределенных ресурсов.The bidirectional approach allows us to obtain an effective framework software solution capable of solving real design problems in organizations whose activities involve the use of spatially distributed resources.
По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет достичь увеличения скорости управления большими массивами пространственных данных о статических и динамических территориально-распределенных объектах на основе технологий визуализации больших массивов пространственных данных, обеспечения возможности гибкого масштабирования управляемых территориальных систем, тонкой настройки функций автоматизации, получения возможности развертывания нескольких геопортальных систем вокруг одной платформы.Compared to the known solution, the claimed invention makes it possible to achieve an increase in the speed of managing large arrays of spatial data about static and dynamic geographically distributed objects based on technologies for visualizing large arrays of spatial data, providing the possibility of flexible scaling of managed territorial systems, fine-tuning automation functions, obtaining the ability to deploy several geoportal systems around one platform.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2818866C1 true RU2818866C1 (en) | 2024-05-06 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU50695U1 (en) * | 2005-04-28 | 2006-01-20 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ГЛАВНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ДИПЛОМАТИЧЕСКОГО КОРПУСА ПРИ МИНИСТЕРСТВЕ ИНОСТРАННЫХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ" (ГлавУпДК при МИД России) | DATA STORAGE AND PROCESSING SYSTEM |
| RU105490U1 (en) * | 2010-08-16 | 2011-06-10 | Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" | GEOINFORMATION SYSTEM |
| US20130218890A1 (en) * | 2011-08-29 | 2013-08-22 | James Conal Fernandes | Geographic asset management system |
| RU2571784C1 (en) * | 2014-08-12 | 2015-12-20 | Закрытое акционерное общество "Институт телекоммуникаций" (ЗАО "Институт телекоммуникаций") | Interactive geoinformation system |
| RU2791842C1 (en) * | 2022-04-12 | 2023-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Interactive spatial and economic geoinformation complex |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU50695U1 (en) * | 2005-04-28 | 2006-01-20 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ГЛАВНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ДИПЛОМАТИЧЕСКОГО КОРПУСА ПРИ МИНИСТЕРСТВЕ ИНОСТРАННЫХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ" (ГлавУпДК при МИД России) | DATA STORAGE AND PROCESSING SYSTEM |
| RU105490U1 (en) * | 2010-08-16 | 2011-06-10 | Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" | GEOINFORMATION SYSTEM |
| US20130218890A1 (en) * | 2011-08-29 | 2013-08-22 | James Conal Fernandes | Geographic asset management system |
| RU2571784C1 (en) * | 2014-08-12 | 2015-12-20 | Закрытое акционерное общество "Институт телекоммуникаций" (ЗАО "Институт телекоммуникаций") | Interactive geoinformation system |
| RU2791842C1 (en) * | 2022-04-12 | 2023-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Interactive spatial and economic geoinformation complex |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11954317B2 (en) | Systems and method for a customizable layered map for visualizing and analyzing geospatial data | |
| CN110689705B (en) | Comprehensive application system for mine geological environment management | |
| US10467558B2 (en) | Real time map rendering with data clustering and expansion and overlay | |
| US20020010572A1 (en) | Integrated system for and method of supporting spatial decision making and land-use scenario analysis | |
| JP2020533684A (en) | Spatial data processing system and method | |
| US20130218890A1 (en) | Geographic asset management system | |
| US7844417B2 (en) | GIS-based rapid population assessment tool | |
| Ye et al. | Development of a highly flexible mobile GIS-based system for collecting arable land quality data | |
| EP3410315B1 (en) | Systems and methods for using tiled data | |
| CN103650013A (en) | Methods and systems for browsing heterogeneous map data | |
| CN114610923B (en) | Big data processing method, device, equipment and medium | |
| CN108959831A (en) | Water pollution transported simulation analogue system based on complexity theory | |
| RU2818866C1 (en) | Geoportal platform for managing spatially distributed resources | |
| CN119377333A (en) | A grid-based low-altitude airspace three-dimensional representation method and device | |
| Nurminen et al. | The Requirements and Challenges of Visualizing Building Data | |
| US20210279825A1 (en) | System and method for revenue and asset management based on micro-service architecture | |
| CN110096638B (en) | An irrigation area meteorological and remote sensing information monitoring platform | |
| Li et al. | Utilizing serverless framework for dynamic visualization and operations in geospatial applications | |
| Yamashkin et al. | Management of Organizational Territorially Distributed Systems Through Geoportals and Internet of Things | |
| Usta et al. | An interoperable web-based application for 3d city modelling and analysis | |
| Planting | Developing a data repository for the Climate Adaptive City Enschede | |
| Yamashkin et al. | Geoportal Platform for Spatially Distributed Organizational Systems Managment | |
| CN119271915B (en) | CIM platform based on Yun Yuansheng distributed architecture and platform management method | |
| Chilela | Web Geographic Information Systems (WebGIS) for smart campus and facility management | |
| Maidi et al. | Collecting, Classifying and Visualising Big Data for Biodiversity and Mobility |